無線傳感器網絡能量高效組建關鍵技術的研究.pdf

1、無線傳感器網絡通常是指由密布在感知區(qū)域內的大量傳感器節(jié)點組成的網絡。無線傳感器網絡的組建可不依賴于任何網絡基礎設施，它是一種無中心、分布式、多跳傳輸、自組織的無線通信網絡。由于其具有可快速部署、抗毀性強、監(jiān)測精度高、覆蓋區(qū)域大等特點，無線傳感器網絡技術已經成為當前信息領域的研究熱點之一。傳感器節(jié)點多采用電池進行供電，能量十分有限，因此如何高效利用傳感器節(jié)點的有限能量，盡可能的延長無線傳感器網絡的壽命成為無線傳感器網絡技術的基本研究目標。

2、針對這一研究目標，本文對能量高效的無線傳感器網絡組網技術中的幾個關鍵技術，包括地址分配技術、密度控制技術、拓撲控制技術和接入技術進行了研究，通過在其中使用節(jié)能技術，提高了無線傳感器網絡的能量效率，延長了網絡壽命。
　　傳感器節(jié)點的地址自動分配是實現無線傳感器網絡組建的前提和基礎。地址分配協議的效率對傳感器節(jié)點的能量消耗也有著一定的影響。為了方便傳感器網絡與Internet的互聯，考慮到 IPv6可以提供大量網絡地址，更符合無線傳感

3、器網絡要求地址數量較多的這個特點，本文為無線傳感器網絡提出了一種基于多代理的IPv6地址自動配置協議SNMAAP。通過在網絡中使用地址代理節(jié)點，不僅可以使節(jié)點在很短的時間內獲得可用地址，也大大降低了地址出現沖突的概率和網絡開銷。實驗結果表明在相同條件下SNMAAP協議不僅保證了IPv6地址的唯一分配，協議的開銷、延遲和重復檢測開銷也均較小。
　　在無線傳感器網絡中通常密布著大量傳感器節(jié)點。如果讓所有的傳感器節(jié)點都工作，不僅會出現大

4、量冗余信息，也會對網絡吞吐率、帶寬、時延、能量等造成很大影響，因此需要使用密度控制技術，在保證網絡覆蓋與網絡連通的前提下減少工作節(jié)點的數量。本文為無線傳感器網絡提出一種密度控制算法SNDC，通過使用此算法只要令盡量少的傳感器節(jié)點處于活躍工作狀態(tài)中，就可獲得對一個感知區(qū)域的連通的完全覆蓋。不活躍的傳感器可以關閉它們的感知模塊來節(jié)約能量。與其它算法不同，本算法不依賴于傳感器節(jié)點的精確位置信息或者距離信息。它只要求每個活躍的傳感器節(jié)點周期性的

5、發(fā)送三個不同傳輸距離的信標幀，傳感器節(jié)點可以由此決定是否保持活躍狀態(tài)或者不活躍狀態(tài)。此算法也是具有容錯性的，當任何活躍的傳感器節(jié)點因為能量耗盡或者出現故障而失效時，一個或多個不活躍的傳感器節(jié)點可以轉化為活躍節(jié)點來接管工作。在假設RC≥2RS的前提下，本文的算法可獲得接近最優(yōu)的連通覆蓋，其中RC為傳感器節(jié)點的通信半徑，RS為傳感器節(jié)點的感知半徑。
　　拓撲控制技術對無線傳感器網絡性能也有著直接的影響。本文在本地最小生成樹LMST算法

6、的基礎上，提出一種能量均衡的拓撲控制算法EBTCA。該算法在構建局部最小生成樹時不僅考慮了節(jié)點間的通信能耗，也考慮了節(jié)點剩余能量，從而既能使局部總能耗接近最小化，又獲得了節(jié)點能量平衡的效果，解決了網絡中“瓶頸”節(jié)點因負載過大較快死亡的問題，延長了節(jié)點的工作時間，進而延長了網絡的生命期。實驗結果表明 EBTCA算法在保證了較低的端到端時延、較高的吞吐量與投遞率等前提下，提高了網絡內生存節(jié)點的數量，有效地延長了網絡壽命。
　　當無線傳

7、感器網絡接入到 Internet中時，可以更好的發(fā)揮無線傳感器網絡的作用。傳統的無線傳感器網絡接入策略沒有對多 sink網絡環(huán)境中的sink節(jié)點進行負載平衡處理，也沒有考慮 sink節(jié)點一跳范圍內傳感器節(jié)點的負載平衡問題，這樣不僅會使接入延遲較大，也會大量消耗節(jié)點能量，縮短網絡接入時間。本文提出了一種在多 sink環(huán)境下的無線傳感器網絡接入策略 ELSIC，將 sink節(jié)點一跳范圍內的傳感器節(jié)點設置為代理節(jié)點，綜合考慮能量、延遲、距離等

8、因素，通過負載平衡策略，將無線傳感器網絡的接入負載分攤給每個代理節(jié)點和 sink節(jié)點，這樣既可減少接入延遲，又延長了網絡接入時間。仿真實驗結果表明在相同的條件下 ELSIC策略不僅實現了傳感器網絡與 Internet的數據接入，其接入延遲更小，節(jié)點工作時間更長，網絡接入時間更久，吞吐量也較高。
　　為了考察在組建無線傳感器網絡過程中綜合使用本文研究內容時的網絡性能和節(jié)能效果，本文對傳感器網絡的體系結構進行了分析與設計，并將此網絡于